HEDEFLER İÇİNDEKİLER BİLGİSAYARIN TARİHİ GELİŞİMİ BİLGİSAYAR DONANIMI Mekanik Kuşak Elektronik Kuşak Mikroişlemci Kuşağı Kuantum Kuşağı Okt. Mustafa AKBUĞA Bu üniteyi çalıştıktan sonra; Bilgisayarın tarihi gelişimini öğrenecek, Günümüzde kullanılan bilgisayar teknolojilerin hangi firma ve dönemde geliştirildiğini kavrayacak, Gelecekte geliştirilecek bilgisayarların hangi özelliklere sahip olması gerektiğini anlayacaksınız. ÜNİTE 2
Yarım asır önce, bir stadyum büyüklüğündeki bilgisayar sistemlerinin yerini şimdi cep telefonu büyüklüğündeki bilgisayar sistemleri almıştır. BİLGİSAYARIN TARİHİ GELİŞİMİ GİRİŞ Bilgisayarın tarihi gelişimine bakarak gelecekteki teknolojik yenilikler şimdiden tahmin edebilir. Bilgisayar sistemlerindeki değişimler donanım ve yazılım alanındaki gelişmelerin birlikte değerlendirilmesi sonucu ortaya çıkmaktadır. Bazen donanım geliştirilir yazılım onu sonradan takip eder bazen de tersi olur. Her iki durumda da ortaya çıkan büyük değişimler etkisini her alanda (tıp, mühendislik, Eğitim v.b) gösterir. BİLGİSAYARIN TARİHİ GELİŞİMİ İlk bilgisayar sistemi, yaklaşık olarak MÖ 1500 lü yıllarda Asya kıtasında ortaya çıkmıştır. Günümüzde ilkokul sıralarında hâlen öğrenciler tarafından kullanılan abaküsün ilk bilgisayar olduğu düşünülmektedir. Fakat daha sonra ortaya çıkan kalem ve kâğıt gibi yeniliklerin yaygınlaşması abaküsün önemini azaltmıştır. Bilgisayar alanındaki teknolojik gelişmeler Mekanik Kuşak, Elektronik Kuşak, Mikroişlemci Kuşağı ve Kuantum kuşak olmak üzere dört dönem içerisinde incelenecektir. Mekanik Kuşak Tarihteki ilk hesaplayıcı ABACUS tür. Şekil 2. 1 de genel görünümü verilmiştir. Önceleri balçıktan yapılmış bir tablet ve içerisinde dizili ufak taşlardan meydana gelirken, sonraları dışı çerçeveli ve içerisinde dizili ufak taşlardan ya da boncuklardan oluşan basit bir alet hâlini almıştır. Abacus, boncukların pozisyonuna göre farklı değerler göstermekte ve hesaplama, boncukların cetvel setine göre hareketiyle sağlanmaktadır. Önceleri Mısır ve Romalılar tarafından kullanılan bu alet zamanla tüm dünyaya yayılmıştır. Şekil 2. 1. Abaküsün Genel Görünümü Mekanik kuşak bilgisayar sistemlerinde bildiğimiz yazılım kavramı yoktur. Her türlü hesap, mekanik el aletleri ve sembolik kurallar şeklindeki yapılırdı. Bu yapılar tarihsel bir sıra içerinde aşağıda verilmiştir. 1614 te yayınlanan ilk logaritma tablosu ile büyük sayılar üzerinde işlem yapılmaya başlandı. 1620 de İngiliz Edmund Guenter elektrikli hesap makinelerini öncüsü olacak kaydırma kuralını bulur ve logaritma bilgilerine değerler veren kayan cetvel yapılır. Atatürk Üniversitesi Açık öğretim Fakültesi 2
1642 de Pascal, PASCALINE adı verilen bir mekanik hesaplayıcı tasarlar (Şekil 2. 2). Bu tasarım 10 bölümden oluşan birçok dişli çarktan oluşuyordu. Her bir çark 10 dönüş yaptığında hemen solundaki çark dönmeye başlar. Bu mantık hâla kullanılmaktadır ve tüm mekanik hesaplayıcıların temelini oluşturmaktadır. Pascal ın anısına yazılan bir bilgisayar programlama dilinin adına PASCAL denmiştir. Şekil 2. 2. Pascal ın, Pascalline adını verdiği hesap makinesi 1694 te Gotfried Leibniz sayıları ikili sistemde gösterebilen bir hesap makinesi yaptı (Şekil 2. 3). Şekil 2. 3. Gottfried Wilhelm Leibniz in, Leibniz Çarkı adını verdiği makinesi 1822 de Babbage adlı matematikçi, fark alma yöntemini kullanan Difference Engine denilen hesaplayıcıyı yaptı. Aynı makine art arda verilen işlemleri yapma kapasitesine de sahiptir (Şekil 2. 4). Atatürk Üniversitesi Açık öğretim Fakültesi 3
1821 de bir fabrika işçisi Ludd, işçiye olan ihtiyacı ortadan kaldıran makinelere karşı savaşmak için arkadaşlarını toplar. O günden sonra teknolojiye karşı olan insanlar için Luddite terimi kullanılmaya başlanmıştır. Şekil 2. 4. Charles Babbage ın Fark Makinesi 1835 de Babbage, Analitik Motor adı verilen bir mekanik hesaplayıcı yaptı. Bu 1 den 20 haneye kadar ondalık sayılarla işlem yapabilen ve aritmetik işlemleri peş peşe yapabilme ve karar verebilme kabiliyeti olan bir makinedir (Şekil 2. 5). Hellerith Tabulatör bilgisayar sistemiyle ABD Nüfus Bürosunun veri hesaplamaları 10 yıldan 2,5 yıla düşmüştür. Şekil 2. 5. Babbage Analitik Motor adı verilen bir mekanik hesaplayıcısı 1854 te Gorge Boole elektronik bilgisayarların gelişiminde büyük rol oynayacak olan mantık kuramını geliştirdi. Boolean cebiri denilen bu sistem 0 ve 1 lerden oluşmakta ve mantıksal olarak çalışmaktadır. 1890 da Herman Hollerith delikli kartların kullanılarak verilerin işlendiği Hollerith Tabulatör (Listeleyici) tasarladı (Şekil 2. 6). Atatürk Üniversitesi Açık öğretim Fakültesi 4
Şekil 2. 6. ABD deki nüfus sayımında kullanılan Hollerith Tabulatör (Listeleyici) Elektronik Kuşak 1896 de şu anki masaüstü bilgisayarları ilk üreten IBM firması kuruldu. Elektronik kuşak içerisinde sayılan bilgisayar sistemleri elle ve mekanik olarak yapılan işlemleri elektrik ve elektronik devre elemanlarıyla daha hızlı ve sessiz olarak yapabilmektedir. Bu sistemlerin içerisine yazılımlar delikli kart ya da disketler yardımıyla yüklenebilmektedir. Geçen yüzyıl içerisinde geliştirilen bu bilgisayar sistemleri meydana gelen savaşlar yüzünden savaşın sonucunu değiştirmek amacıyla yeni bilgisayar sistemlerinin tasarlanması ve üretilmesi amacıyla da kullanılmıştır. Bu sistemlerin tarihsel gelişimi aşağıdaki listede maddeler hâlinde verilmiştir 1941 de Alman mühendis Konrad Zuse uçak ve roketler için Z3 olarak adlandırılan bir bilgisayar geliştirdi. Bu sistem elektrik motorlarıyla çalışmaktaydı. Bu (Z1, Z2, Z3 ve Z4 serisi) program kontrollü ilk bilgisayardır (Şekil 2. 7). 1943 te İngilizler Almanların gizli mesajlarını çözebilmek için Colossus adlı bilgisayarı tasarladılar. COLOSSUS denilen bu sistem elektronik vakum tüplerini kullanmaktadır (Şekil 2. 8). Şekil 2. 7. Konrad Zuse un Z3 olarak adlandırılan bilgisayarının fiziksel görünümü Atatürk Üniversitesi Açık öğretim Fakültesi 5
Şekil 2. 8. Turing tarafından geliştirilen COLOSSUS denilen bilgisayar sisteminin görünümü 1944 te Harvard Üniversitesinde ASCC MARK I denilen bir bilgisayar geliştirildi. MARK 1, tamamı elektronik olmayan genel amaçlı bir bilgisayardı. Bu makine 23 haneli iki sayıyı 4. 5 saniyede çarpabiliyordu ve 14m uzunluğunda 2.4m yüksekliğinde olup üzerinde 800km uzunluğunda kablo kullanılmıştır (Şekil 2.9). Şekil 2. 9. Harvard Üniversitesinde geliştirilen ASCC MARK I bilgisayarın fiziksel görünümü ENIAC, Mark I e göre 1000 kez daha hızlı bir bilgisayardı. 1945 te savaş nedeniyle Pensilvanya Üniversitesinde ENIAC isimli bir bilgisayar geliştirildi. Anahtar setlerinin, fişlerin ve soketlerin değiştirilmesi esasına göre çalıştığından ilk genel amaçlı bilgisayardır. Bilgisayar 18000 vakum tüpü, 70000 direnç ve 5000000 lehim noktasına sahipti 160 kilowatt elektrik gücü tüketen makina Philadelphia daki ışıkların sönükleşmesine neden oluyordu (Şekil 2.10). Atatürk Üniversitesi Açık öğretim Fakültesi 6
1948 de ilk transistor Bell Laboratuvarlarında geliştirilmiştir. Şekil 2.10. Pensilvanya Üniversitesinde geliştirilen ENIAC bilgisayarının fiziksel görünümü 1946 de Dr. Von Neumann ve arkadaşları programı bellekte saklayabilen ilk bilgisayar olan EDVAC ı geliştirdi. 4096 bellek kapasitesi bulunmaktaydı ve veriler ile programlar aynı bellekte saklanmaktaydı (Şekil 2.11). DEC firması da 1959 da ilk klavye ve fareye sahip PDP-1 makinasını geliştirdi. Şekil 2.11. Dr. Von Neumann geliştirdiği programı bellekte saklayabilen EDVAC isimli ilk bilgisayar 1951 de UNIVAC 1 adlı ilk ticari amaçlı olan bilgisayar geliştirildi. Bütün komutlar ve veriler 0 ve 1 şeklinde depolandı. Bu hafızaya depolama olayının doğmasına neden oldu ve bilgisayarın belli bir noktada durdurulduktan sonra devam etmesi sağlanmış oldu (Şekil 2.12). Atatürk Üniversitesi Açık öğretim Fakültesi 7
Mikroişlemci Kuşağı Şekil 2.12. UNIVAC isimli ilk ticari bilgisayarın fiziksel görünümü 1948 de transistörlerin keşfi ile birlikte bilgisayarların gelişimi iyice hızlandı. Transistörler televizyonlarda, radyolarda ve bilgisayarlarda kullanılan büyük ve hantal vakum tüplerinin yerlerini aldılar. Transistörlerin bilgisayarlarda kullanılmaya başlanması ile daha küçük, daha hızlı ve önceki modellere göre daha az enerji tüketen modeller ortaya çıktı. 1968 de günümüz bilgisayar işlemcilerini üreten Intel firması kuruldu. Transistörler, vakum tüplerine göre daha az enerji tüketmesine ve daha az yer kaplamasına rağmen bir mikroişlemcinin yapacağı işlerde milyonlarcasının kullanılması gerekir. Transistörün fiziksel boyutları, vakum tüpler kadar çok olmasa da üretimde yine sorun olarak görülmektedir. 1958 yılında Texas Instruments deki mühendislerden Jack Kilby, tümleşik devreyi geliştirerek bu sorunu çözmüştür. Böylece daha küçük boyutlarda daha çok transistör kullanılabilir hâle gelmiştir. Sonuçta bilgisayarlar küçük bir yonga üzerine daha fazla bileşenin katılmasıyla küçülüp daha fazla işlemi hızla yapar hâle gelmiştir. Belli başlı ilk mikroişlemci üreten firmalar; Intel, AMD, AlphaDEC, Hp, Mips, SUN Sparck ve Nexgen dir. Bu firmalar değişime uyum sağlamak amacıyla ya güçlerini birleştirmekte ya da her alanda işlemci üretmek yerine kendi uzmanlık alanlarında üretim yapmaktadırlar. İlk işlemciyi üreten Intel in kurucularından Gordon Moore 19 Nisan 1965 tarihinde Electronics Magazine dergisinde yayınlanan makalesi ile teknoloji tarihine kendi adıyla geçen Moore Yasasını öngörmüştür. Bu yasaya göre her 18 ayda bir tümleşik devre üzerine yerleştirilebilecek bileşen sayısının iki katına çıkacağını, bunun bilgisayarların işlem kapasitelerinde büyük artışlar yaratacağını, üretim maliyetlerinin ise aynı kalacağını, hatta düşme eğilimi göstereceğini öngörmüştür. Nitekim günümüze kadar üretilen işlemcilerde bu yasanın doğruluğu ortaya çıkmıştır. Mikroişlemci üretiminde artık teknolojinin sınırları zorlanmaktadır. Hız artırılamayınca çekirdek sayıları artırılmış veri işlemede ise paralel programlamaya Atatürk Üniversitesi Açık öğretim Fakültesi 8
geçilmiştir. Kuantum bilgisayar teknolojisi yakın gelecekte mevcut mikroişlemci teknolojisinin yerini alacaktır. Mikro işlemci veri yolu genişliğine göre gruplandırılabilir. Aşağıda üretim listesinde yer alan listede Intelin üretmiş olduğu işlemci isimleri ve özellikleri görülmektedir. 4 ya da 8 bitlik işlemciler: 4004, 4040, 8008, 8080, 8085 (Şekil 2.13). 1971 de ilk mikroişlemci 4 bitlik 4004 INTEL tarafından üretildi. Şekil 2.13. Intel 4004 ilk işlemci ve bu birimine sahip bilgisayarın görünümü 16 bit işlemciler: 8086, 8088, 80186, 80188, 80286 (Şekil 2.14). 1977 de Apple Computer, Inc. kurulmuştur. Şekil 2.14. Intel 80286 işlemci ve bu birimine sahip bilgisayarın görünümü 32 bit işlemciler: 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium 4, Pentium M, Core, Celeron M, Celeron D, A100 (Şekil 2.15). Şekil 2.15. 1985 li yıllarda üretilen Intel i386 merkezî işlem birimi ve bu birimine sahip bilgisayar 64 bit işlemciler: Penium 4, Pentium D, Pentium Extreme Edition, Celeron D, Core i3, Core i5, Core i7 (Şekil 2.16). Atatürk Üniversitesi Açık öğretim Fakültesi 9
Şekil 2.16. 2009 li yıllarda üretilen Core İ7 merkezi işlem birimi ve bu birimine sahip bilgisayar Kuantum kuşağı (Mevcut Ötesi) Kuantum bilgisayarları diğer kuşak bilgisayarlar gibi tanımlamak henüz mümkün değildir. Kuantum bilgisayar, kuantum fiziği ilkeleri kullanılarak tasarlanmıştır. Mecut bilgisayarların maksimum hesaplama kabiliyetinin, binlerce kat üzerine çıkılabilecek yapılardır. Kuantum bilgisayarların küçük ölçekte ilk verisyonları günümüzde ortaya çıkmaya başlamıştır (Şekil 2.17). Kuantum bilgisayarları kullanan ilk şirket Lockheed Martin Firmasıdır. Lockheed Martin firması 1995 yılında kurulmuş ileri teknoloji ve havacılık şirketidir. Bu şirket 2012 yılında Kanadalı şirket D-Wave Systems'tan kuantum bilgisayarın ilk modellerinden birini satın almıştır. Eğer bu bilgisayar Lockheed ve D- Wave'in umduğu gibi başarılı çalışırsa, en güçlü sistemleri bile geride bırakacak, bazı bilimsel ve ticari problemleri milyonlarca kez daha hızlı çözebilecektir. Şekil 2.17. Kuantum bilgisayarın ilk modelerinden birinin görüntüsü Bu sistemle hedeflenen bilgisayarlar, insanlarla sohbet eden, kameralardan aldığı verileri kullanan, kendi deneyimleri ile öğrenen ve karar veren üstün yeteneklere sahip olacaktır. Bu yetenekler için yapay zekâya dayalı yazılımların da geliştirilmesi gereklidir. Günümüzde bu yazılımların ilk verisyonları Apple, Samsung ve Google şirketleri tarafından akıllı cep telefonlarında kullanılmaya başlamıştır. Atatürk Üniversitesi Açık öğretim Fakültesi 10
Özet BİLGİSAYARIN TARİHİ GELİŞİMİ Her zaman İnsanlar yapmak zorunda oldukları hesaplamalar için bir takım aletler kullanmışlardır. Bu aletler zamanla değiştirilmiştir. Bu değişimler; Mekanik Kuşak, Elektronik Kuşak, Mikroişlemci Kuşağı, Kuantum Kuşağı olarak adlandırılır. Mekanik Kuşak, İlk bilgisayar sistemi olarak adlandırılan Abaküsün ortaya çıkmasıyla başlamıştır. 1614' lu yıllarda logaritma tablosu ile ilk büyük sayılar üzerinde hesap yapılmaya başlandı. 1854 de Gorge Boole elektronik bilgisayarların gelişiminde büyük rol oynayacak olan mantık kuramını geliştirilmesiyle yeni bir kuşağa geçildi. Elektronik Kuşak, 1941' de Alman mühendis Konrad Zuse Z1 olarak adlandırılan ilk programla çalışan bilgisayarı geliştirdi. 1951 de UNIVAC 1 adlı ilk ticari amaçlı olan bilgisayar geliştirildi. Bütün komutlar ve veriler 0 ve 1 şeklinde depolandı. Bu hafızaya depolama olayı ve 1948' de transistörlerin keşfi ile Mikroişlemci kuşağın başlaması sağlandı Mikroişlemci Kuşağı, 1958 yılında Texas Instruments'deki mühendislerden Jack Kilby Tümleşik devreyi (Integrated Circuit (IC)) geliştirmesiyle başladı.transistörlerin bilgisayarlarda kullanılmaya başlaması ile mikroişlemci kuşağı bilgisayarlar daha küçük, daha hızlı ve az enerji tüketen modeller olarak ortaya çıkmasına neden oldu. Günümüzde Intel, AMD, Apple,Samsung, AlphaDEC, Hp, Mips, SUN Sparck ve Nexgen mikro işlemci üretmektedirler. Önceleri bir bilim adamının çalışmalarıyla geliştirilen sistemler sonradan üniversitelerin araştırma merkezlerinde geliştirilmiş ve şimdi ise şirketler ve araştırma merkezlerinin birlikte çalışmasıyla ortaya çıkmaktadır. Kuantum Kuşağı, 2000 li yıllarda Amerikan Fizik Toplululuğu nun üzerinde çalışması ve D-Wave Systems isimli şirketin ilk protipini geliştirilmesiyle başladı. Bu sistemle hedeflenen bilgisayarlar sistemleri ile insanlarla sohbet eden ses ve görüntü ile, kendi deneyimlerini kullanarak öğrenen ve karar veren yapılar oluşturulacaktır. Atatürk Üniversitesi Açık öğretim Fakültesi 11
Değerlendirme sorularını sistemde ilgili ünite başlığı altında yer alan bölüm sonu testi bölümünde etkileşimli olarak cevaplayabilirsiniz. BİLGİSAYARIN TARİHİ GELİŞİMİ Değerlendirme Soruları 1. Programlanabilen ilk bilgisayar seçeneklerden hangisinde verilmiştir? a) Pascaline b) Difference Engine c) Hollerith Tabulatör d) Gorge Boole e) Z1 2. I. COLOSSUS II. PASCALINE III. ASCC MARK I Yukarıda isimleri verilen bilgisayarlardan hangisi ya da hangileri Mekanik Kuşak bilgisayar sistemlerindendir? a) Yalnız I b) Yalnız II c) Yalnız III d) I ve III e) II ve III 3. İlk genel amaçlı bilgisayardır. 70 bin direnç, 10 bin kondansatör, 18000 lamba ve bu elemanların harcadığı 150-200 kilowatt enerji harcayan ve sadece 20 sayıyı depolama özelliğine sahip olan bu bilgisayar aşağıdakilerden hangisidir? a) ASCC MARK I b) COLOSSUS c) UNIVAC 1 d) ENIAC e) EDVAC 4. 1951 de ilk ticari amaçlı bilgisayar geliştirildi. Bütün komutlar ve veriler bu bilgisayara 0 ve 1 şeklinde depolandı. Bu hafızaya depolama olayının doğmasına neden oldu. Açıklaması verilen bilgisayar aşağıdakilerden hangisidir? a) COLOSSUS b) UNIVAC 1 c) ENIAC d) ASCC MARK I e) EDVAC Atatürk Üniversitesi Açık öğretim Fakültesi 12
5. Aşağıdaki elektronik devre elemanlarından hangisinin bulunmasıyla Mikroişlemci kuşağı başlamıştır? a) Lamba b) Direnç c) Kondansator d) Transistör e) Bobin 6. Bu yasaya göre her 18 ayda bir tümleşik devre üzerine yerleştirilebilecek bileşen sayısının iki katına çıkacacağı, bunun bilgisayarların işlem kapasitelerinde büyük artışlar yaratacağı, üretim maliyetlerinin ise aynı kalacağı öngörülmüştür. Bu yasa aşağıdakilerden hangisidir? a) Moore b) Boolen c) Pinomatik d) Hollerith e) Pascal 7. Aşağıdakilerden hangisi günümüzde en yaygın olarak kullanılan işlemci üreticisini gösterir? a) Apple b) Intel c) Microsoft d) Adobe e) IBM 8. Aşağıda verilen hangi işlemci 16 bit veri hattına sahiptir? a) 8080 b) 8008 c) 80286 d) 80486 e) Pentium 4 9. Atomik yapılar kullanarak tasarlanmıştır. Mecut bilgisayarların maksimum hesaplama kabiliyetinin, binlerce kat üzerine çıkılabilecek hız özelliğine sahiptir. Yukarıda açıklaması verilen bilgisayar hangi kuşağa aittir? a) Mekanik b) Elektronik c) Kuantum d) Mikroişlemci e) Elektromekanik Atatürk Üniversitesi Açık öğretim Fakültesi 13
10. DEC firmasının 1959 da geliştirdiği ilk klavye ve fareye sahip makinesi aşağıdakilerden hangisidir? a) PDP-1 b) COLOSSUS c) UNIVAC 1 d) ASCC MARK I e) EDVAC Cevap Anahtarı 1.E, 2.B, 3.D, 4.B, 5.D, 6.A, 7.B, 8.C, 9.C, 10.A Atatürk Üniversitesi Açık öğretim Fakültesi 14
YARARLANILAN VE BAŞVURULABİLECEK DİĞER KAYNAKLAR ÇÖMLEKÇİ M. (2005). PC Donanımı Herkes İçin. İstanbul: Alfa AKBUĞA M. (2011) Bilgisayar Donanımı ders notları. ATAUZEM HENKOĞLU T.(2005) Modern Donanım Mimarisi. Pusula Yayıncılık Bilgisayarın tarihçesi, Görseller. https://www.google.com.tr/search [Erişim tarihi: 22 Aralık 2013]. Atatürk Üniversitesi Açık öğretim Fakültesi 15